حد استاندارد مصرف آب در صنعت فولاد چقدر است؟

مجتبی فردیار:

در سال 2011 یک ابر پروژه بین المللی در زمینه مدیریت مصرف آب در صنعت فولاد با محوریت انستیتوی بین المللی آهن و فولاد با مشارکت مجتمع بزرگ تولید آهن و فولاد از پنج قاره جهان با سطوح فن آوری و نیز اقلیم آب و هوائی متنوع در دو سال اجرا شد.

بطور متوسط میزان مصرف آب به ازای تولید هر تن فولاد در میان تمام این شرکت ها حدود 28 متر مکعب در تن بوده که از این مقدار متوسط 1.5 درصد بازیافت شده و به خطوط تولید باز می گردد و 3 درصد بطور معمول به صورت بخار و ضایعات دیگر هدر می رود، و بقیه دور ریز می شود.

پارامترهای موثر بر میزان موارد مصرف آب در صنعت آهن و فولاد عبارتند ازخنک کاری واحدهای اصلی، میانی تولید و مهمترین پارامترهای موثر بر میزان، مصرف،تصفیه،بازیابی، سطح فن آوری، نوع طراحی دستگاهها و میزان آبی که به ازاء تولید هر تن فولاد با استفاده از سیستم های پساب به سیستم برگردانده می شود.

 فولاد ازدو مسیر مختلف تولید می شود.یکی چرخه پیوسته که فولاد از مواد خام، دوم با ذوب کردن قراضه در کورهای قوس الکتریکی تولید می کنند. متوسط مصرف آب برای تولید فولاد به روش یکپارچه 28.1متر مکعب در هرتن فولاد که متوسط آب خروجی 26.5 متر مکعب در هر تن فولاد است.

 در نتیجه مصرف آب کلی در هر تن فولاد تولید شده از 3.3 متر مکعب تا 1.8 متر مکعب است. بطور خلاصه مصرف آب در یک سایت تولید فولاد محدود است. اکثر آب مصرف شده تبخیر میگردد. با توجه به نگرانی های عمده در مورد آب شیرین دردسترس و کیفیت آب مدیریت منابع آب یک چالش مهم در جهت بهبودی پایداری چرخه تولید میباشد.

 آب و همچنین فولاد میتوانند استفاده مجدد و باز یافت شوند. با این حال افزایش مقدار باز یافتی ، پس از تمیز، خنک سازی می تواند کیفیت آب را کاهش دهد. تولید کنندگان فولاد متعهد به کاهش مصرف آب و بهبود فن آوری های تصفیه هستند.

 آب نیاز به خنک شدن و نمک زدائی دارد. زیرا افزایش غلظت نمک در سیستم های گردش آب می تواند نه تنها یک مسئله زیست محیطی باشد بلکه تاثیر منفی روی تجهیزات کارخانه های تولید فولاد به جای بگذارد. فسفاتها می توانند باعث آلودگی آب های محیطی، کلرید ها منجر به خوردگی فلزات، کربناتها باعث تشکیل رسوب و در نتیجه باعث افزایش مصرف انرژی می گردند.

مقررات زیست محیطی، صنایع فرآیندی را بر آن داشته که فعالیت های خود را در جهت دستیابی به مدیریت کار آمد و بهره برداری از منابع پیش ببرند.

وابستگی صنایع آهن و فولاد به آب بسیار زیاد است و همین وابستگی موجب شده است که مصرف آب در این صنایع بسیار زیاد باشد.امروزه با استاندارد سازی صحیح میزان آب مصرفی در صنایع آهن و فولاد را به شدت کاهش داده اند. صنایع آهن و فولاد اهمیت زیاد و حیاتی آب را به خوبی نشان می دهد.

 در کار های ساختمانی آب به عنوان ماده اولیه ولی در کارخانه های  ذوب آهن بعنوان یک ماده کمکی استفاده میگردد. چنانچه مدت 2 دقیقه اب به کوره بلند نرسد کوره بلند ذوب شده و دیگر کار نخواهد کرد.

 اهمیت و نقش آب در زندگی و صنعت باعث شده است که صنایع به دنبال صرفه جوئی هر چه بیشتر در مصرف منابع آب باشند. امروزه در صنایع فولاد پیشرفته اغلب آبی که در فرآیند تولید استفاده می شود جمع آوری و دوباره مورد استفاده قرار می گیرد.

 به عنوان مثال از آب دریا برای مرحله خنک کردن استفاده می کنند و مقدار آبی که عملا در این مرحله استفاده می شود چیزی کمتر از یک در صد است.

هرچند مقدار مورد نیاز آب عدد بزرگی است اما اکثر آن بدون تغییر به دریا باز گردانده می شود. در صنایع فولاد  انواع مختلفی آب استفاده می شود. آب تازه و با کیفیت در بساری از مراحل تولید فولاد نقش بسیار اساسی دارد. با به وجود آمدن نگرانی های روز افزون در مورد تغییرات آب و هوای دنیا اهمیت کنترل منابع آبی بسیار بالا رفته است.

منابع آب تازه و باکیفیت بارشد جمعیت، افزایش تقاضا در کل جهان روبه کاهش است. مخصوصا در کشورهای درحال توسعه ای مثل ایران که روش های نوین صنعتی در آنها وجود ندارد وضعیت استفاده از آب بسیار بحرانی است.

امروزه در کشورهای صنعتی، تولید کنندگان فولاد مسئولیت به حد اقل رساندن مصرف آب را بسیار جدی گرفته اند و مدام در پی یافتن راههای تازه برای کاهش مصرف آب در تولید فولاد و استفاده های چند باره از آب می باشند.

همانطوریکه فولاد قابل بازیافت است آب هم می تواند دوباره به تولید باز گردد. البته بهبود کیفیت آب برای استفاده دوباره و بازیافت آن هم هزینه های خود را دارد. اما با تمامی این توضیحات، تولیدکنندگان فولاد در کشورهای صنعتی توانسته اند میزان مصرف خود را تا حد قابل توجهی کاهش دهند.

 برای دستیابی به استفاده بهینه از منابع آب در بخش فولاد یک رویکرد و متوازن مورد نیاز است که مصرف واقعی را بدون توجه به جنبه های دیگر مورد توجه قرار میدهد.

وقتی یک کارخانه فولاد ساخته میشود قرار است سالهای بسیاری از آن استفاده شود. ساختار این کارخانه ها طی سالیان فعالیت باید تغییر کند تا با محیط اطراف سازگار باشند. نحوه این تغییرات ساختاری به شرائط منطقه و میزان منابع آب آن بستگی های زیادی دارد.

 بمنظور مدیریت منابع آبی این محدودیت ها باید در نظر گرفته شود.زمین های اطراف کارخانه های قدیمی را نباید با زمین های حاصلخیز یکی دانست. نوع آب استفاده شده در آن مناطق موقعیت آنجا را تغییر داده است. طراحی کارخانه های تازه باید به شکلی باشد که محیط زیست منطقه تغییر نکند.

یکی از راهکارهائی که در مناطق کم آب دنیا در حال انجام است اختصاص امتیازات ویژه برای تولید کنندگانی که هدر رفت آب را صفر، مصرف آب تازه را حداقل، باز یافت آب را با تصفیه و خنک نمودن به چندین بار برسانند.

 باید توجه داشت تا چه حد میتوان دستگاهها را با آب یا هوا خنک نمود. جاهائی که مقدار حرارت از 2000 کیلوکالری در ساعت تجاوز نکند دستگاه ها را با هوا خنک می کنند.

سیستم خنک کنندگی باید با رعایت شرائط هفتگانه: 1-از گرمائی که می گیرد بتوانیم استفاده کنیم، 2-عمر تجهیزات را زیاد کرده، 3-ساختمان و بهره برداری آن ساده باشد4- با قیمت کم منظور ما را عملی نماید، 5-حداقل مصرف انرژی را داشته باشد، 6-در حد امکان از سیستم انرژی جدا باشد، 7-گرمای خود را در حداقل از دست بدهد.

روشهای خنک کننده تجهیزات فولاد شامل 1-خنک کننده هوائی 2-خنک کننده آبی  3-خنک کننده بوسیله گرم کردن آب شیمیائی 4-خنک کننده بخاری می باشد.

خنک کننده بخاری

در سال 1949 وسیله مهندس آندونیف طراحی و پیشنهاد گردید. در سال 1950 اولین بار پیشنهاد او را در کوره زیمنس مارتین بکار بردند. در این سیستم حرارت بخار کاملا مورد استفاده قرار می گیرد.

 مکانیزم عمل به این طریق است  برای این که یک کیلو گرم آب را یک درجه حرارتش را بالا ببریم یک کیلو کالری گرما بدست میآید. حال اگر بخواهیم 10 درجه سانتیگراد حرارت آب را بالا ببریم 10 کیلوکالری به ما میدهد ولی اگر همین یک کیلوگرم آب را تبدیل به بخار نمائیم برای هرکیلوگرم آب 539 کیلوکالری گرما بدست میآید.

 حال اگر 10 درجه این آب را بیشتر گرم کنیم برای ما گرمائی برابر 560 کیلوکالری تولید میکند در مقایسه با 10 درجه سانتیگراد گرمای آب متوجه میشویم که 56 برابر کمتر آب لازم است. این مزیت را خنک کننده بخاری مشخص میکند.

در این سیستم چون مصرف آب خیلی کم است میتوان آب را بطریقه شیمیائی تصفیه کرد تا چیزی در سیستم های خنک کننده رسوب نکند و از این جهت عمر دستگاه را بالا ببریم میتوان از حرارت بخار بطور کامل استفاده کنیم . چنانچه خنک ها بابه روش خنک کننده بخاری خنک شوند در مقایسه با خنک کننده آب تکنیکی به آب کمتری نیاز دارند.

  خنک کننده ها بطریقه بخاری خنک گردند عمرآنها 2 تا 3 بیشتر می باشد. روش خنک کننده بخاری در سایر خنک کننده ها و کوره های کشور شوروی نصب گردید. بطرح سیستم خنک کننده بخاری در انستیتو طراحی فولاد کشور شوروی تهیه و اجرای طرح در کارخانه ذوب آهن KMK انجام می گردید و تا سال 1967 کلیه کوره ها و دریچه های برجهای گرم کننده هوای کارخانه KMK  شوروی را به خنک کننده بخاری  تبدیل کردند.

مصرف آب کوره بلند شماره پنج KMK   و سایر کوره ها با حجم 2000 متر مکعب مصرف آب با سیستم خنک کننده آبی  3000 تن و زمانی که به سیستم بخاری تبدیل گردید 1200 تن آب ( 40 درصد طرح) در ساعت بود. سیستم خنک کننده بخاری طرحی نو با برتری های فنی تکنولوژیِکی و اقتصادی حاصل 23 سال مطالعه، تحقیق و نو آوری و اختراع  آقای آندونیف که به پروفسور آندونیف معروف گردید در سیستم خنک کننده های صنعت فولاد بود.

 اطلاع حاصل گردید که طرح خنک کننده بخاری در همان سالهای نخستین توسط صنعت فولاد ژاپن از کشور شوروی خریداری و در روی تجهیزات فولادی ژاپن نصب گردد. لازم به توضیح است که کلیه مطالب طرح در زمان آموزش من (مجتنی فردیار) در کشور شوروی به من آموزش داده شد و یادداشت های آموزش گرفته ام موجود می باشد.